[发明专利]用于检测VOCs的利用g-C3

说明书

本发明涉及用于检测VOCs的利用g‑C₃N₄修饰的多孔氧化锌纳米片复合气敏材料的合成方法,包括步骤如下：(1)分别制备碱式碳酸锌和重结晶商品化的三聚氰胺，将两者按照一定质量比研磨混合均匀；(2)步骤(1)得到的混合物经氮气保护下煅烧，得复合气敏材料。该方法利用前驱体化学合成法，将对于含苯环类气体分子具有特殊相互作用的g‑C₃N₄复合在多孔氧化锌纳米片上，借助两种多孔二维半导体材料之间的协同效应，有效的提高了氧化锌的气敏性能。该材料可用于含苯类的挥发性有机污染物及氯苯类气体的气敏传感检测，气敏响应良好，材料合成方法绿色简便，重复性好，易于实现规模生产和气体传感检测应用。

技术领域

本发明涉及一种用于检测VOCs的利用g-C₃N₄修饰的多孔氧化锌纳米片复合气敏材料的合成方法，属于无机纳米材料制备领域。

背景技术

室内空气品质研究者称其在室内所采样分析的所有挥发性有机物为VOCs，易挥发性有机物(VOCs)是三类室内空气污染物中影响较为严重的一种。随着人们在室内时间的持续增长，室内环境与人们的关系就显得更加密切更加重要。检测VOCs的方法有很多，如气相色谱法、红外法、SPR光电二极管检测法、重量化学传感器法、催化燃烧式传感器法、光离子化检测器法等，然而，这些方法存在一些缺点：分析检测的滞后性不利于在线检测；样品的预处理及检测程序比较复杂。气敏检测恰恰可以弥补以上检测方法的弱点，所以气敏材料的合成方法的研究显得尤为重要。

导电型气体传感器(气敏传感器)是通过检测传感器敏感元件与待测物质发生反应前后的电导率(电阻)的变化来检测待测气体的浓度变化。氧化锌作为一种常见的n-型半导体气敏材料，在一些VOCs气体的检测中都有明显的气敏响应，例如，乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。各种形貌的纳米氧化锌材料，例如，纳米棒、纳米片、多级结构的纳米花、纳米空心结构等等，都已经通过液相合成的方法制备获得。然而，氧化锌材料本身的性质限制了它对VOCs响应的灵敏度和速度，特别是对于常见的苯、甲苯、二甲苯之类的含苯类VOCs的气敏响应往往很差，有时候甚至检测不到响应。而这类物质在建筑材料、室内装饰材料及办公用品中都较常见，且危害显著，是气敏检测的重点和难点。通过过渡金属掺杂以及负载贵金属的方法，可以一定程度上改善氧化锌材料对于含苯类VOCs的气敏检测性能。这方面也有诸多专利文件报道，例如：中国专利文件CN108190970A公开了一种钴掺杂氧化锌气敏材料的制备方法及其应用，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙酸锌、六水合硝酸钴溶于75mL乙二醇中,其中分子量400000的聚乙烯吡咯烷酮0.3g，六水合硝酸钴和乙酸锌的摩尔比在0.025-0.233之间，制备钴掺杂的纳米球形氧化锌气敏材料。再比如：中国专利文件CN106541143A公开了一种多孔氧化锌纳米片负载高分散纳米贵金属复合气敏材料的合成方法。该方法包括步骤如下：(1)将碱式碳酸锌浸泡于贵金属离子的水溶液中，避光搅拌，得含沉淀的反应液；(2)步骤(1)得到的反应液中的沉淀经离心洗涤、干燥、煅烧，得复合气敏材料。然而贵金属以及过渡金属存在价格昂贵以及重金属污染的弊端，寻找一种绿色廉价的修饰物来改善氧化锌气敏性能具有重要意义。

g-C₃N₄是一种常见的半导体材料，具有均三嗪结构，该结构符合休克尔规则规定的4n+2原理，拥有6个离域电子；同时三个N原子和3个C原子都采取了sp²的杂化类型，所有原子位于同一平面类似石墨，具有完整规则的多孔二维平面结构。g-C₃N₄在光催化和电催化领域已有显著应用，有关该材料可以与含苯环反应物的相互作用的理论研究也有报道。将g-C₃N₄材料与氧化锡材料(或者棒状氧化锌材料)通过超声或者研磨等物理方法混合，制备用于气敏检测VOCs的复合材料已有文献报道，但是物理方法容易导致两种材料之间复合不充分，影响气敏效果。